Dalla simulazione al virtual commissioning

La continua crescita di applicazioni concrete aumenta i benefici del digital twin

Pubblicato il 29 settembre 2021

La visione di Industria 4.0 è strettamente legata al digital twin. Tuttavia, poiché il grado di standardizzazione dei singoli strumenti di sviluppo è attualmente ancora basso, vi sono ancora notevoli lacune nell’operabilità.
Nel campo della simulazione alcuni risultano invece essere chiusi. Di conseguenza, il digital engineering offre, già oggi, significativi vantaggi in termini di efficienza.

La trasformazione digitale dell’economia non si ferma ai dipartimenti di sviluppo dell’ingegneria meccanica. CAD (Computer-aided design), CAE (Computer-aided engineering) e CAM (Computer-aided manufacturing) vengono sempre più potenziati da strumenti intelligenti che automatizzano i processi, riducono i tempi e le risorse necessarie, controllano e migliorano continuamente la qualità nelle fasi di sviluppo. Processi più efficienti e un miglior time-to-market sono fattori essenziali per poter tenere testa alla sempre più agguerrita concorrenza globale.

Con il Digital Twin o Asset Administration Shell (AAS), l’industria ha progettato un concetto che guida in modo decisivo questo sviluppo. L’obiettivo è un flusso ininterrotto di informazioni durante l’intero ciclo di vita di macchine e impianti: dai modelli di dati utilizzati nella fase iniziale di sviluppo, ai dati della macchina dalla fase di produzione alla gestione degli asset, alla manutenzione e riparazione.

Percorsi per la simulazione digitale
In realtà, tuttavia, vi sono ancora delle lacune, perché vi è un basso grado di standardizzazione degli strumenti di sviluppo. Dal lato degli sviluppatori, vi è una continua incertezza sul fatto che il fornitore di componenti e dispositivi supporti i rispettivi strumenti di sviluppo con formati di dati adatti.

Fin dall’inizio Lenze ha accompagnato e promosso la digitalizzazione nell’ingegneria meccanica e il concetto di management shell. Ora l’azienda sta andando oltre attraverso l’estensione del suo supporto verso i partner alla simulazione e al virtual commissioning. Gli OEM trarranno vantaggio dall’espansione delle capacità della digital engineering nella progettazione, nello sviluppo e nella produzione di macchine ed impianti, perché è qui che Lenze ha colmato alcune lacune critiche.

Il primo passo è rappresentato da un simulatore 3D, che fornisce un modello relativamente generale della macchina. Ciò si traduce in una diagnostica più semplice di macchine complesse. Se si fa un ulteriore passo avanti e si affina il modello 3D, è già possibile avere previsioni concrete sul  comportamento della macchina, ad esempio la velocità effettiva da raggiungere durante il funzionamento. Se il modello è adattato alla specifica macchina in modo ancora più dettagliato, può essere utilizzato per simulare non solo il comportamento meccanico, ma anche l’intero processo di produzione, cioè includendo la logica, la gestione degli errori, il cambio delle modalità operative e la parametrizzazione. In questa fase di sviluppo, è possibile anche la messa in servizio virtuale della macchina.

Stemperare i punti critici degli OEM
Lenze stessa utilizza alcuni degli strumenti di simulazione più noti, in particolare:
– SimulationX di ESI ITI: simulazione e dimensionamento dei drives;
– ISG-virtuos di ISG: Virtual Commissioning;
– Virtual Teachware by Forward TTC: Augmented & Virtual Reality per HMI e diagnostica di macchine, oltre a software per corsi di formazione virtuali.

In ogni caso, l’obiettivo finale è quello di risolvere i problemi critici in questa fase del ciclo di vita: l’esperienza dimostra che i requisiti dei costruttori di macchine includono argomenti come una migliore diagnostica, tempi di sviluppo più brevi o una pianificazione più precisa durante il dimensionamento dei componenti.

I costruttori di macchine possono utilizzare queste applicazioni in completa autonomia, affidandosi alle soluzioni proposte da Lenze. Lenze fornisce consulenza sulla selezione degli strumenti adatti, supporto nelle simulazioni di modellazione e nel virtual commissioning, in modo che possano essere eseguite direttamente presso la sede del cliente. I primi progetti sono già stati attuati e Lenze ha preparato un corrispondente show case che dimostra la procedura e le possibilità estese di digital engineering attraverso la simulazione e il virtual commissioning.

Lo sviluppo continua
Mentre oggi sono ancora necessari diversi modelli di dati per le varie applicazioni, in futuro verranno utilizzati formati e interfacce standardizzati. Questi standard sono già stati sviluppati sotto il nome di FMU (Functional Mock-up Units) o FMI (Functional Mock-up Interfaces). Lenze supporta gli strumenti comuni disponibili sul mercato e sta anche sviluppando la sua toolchain per il digital engineering.

Conclusione
Che si tratti di una miglior diagnostica, di tempi di sviluppo più brevi o di una pianificazione più precisa durante il dimensionamento dei componenti: la simulazione nel digital engineering consente di attuare i machine concepts in modo efficiente e rapido e, soprattutto, di evitare rilavorazioni ad elevati costi. Ciò è reso possibile dallo sviluppo interdisciplinare, in cui il software di controllo e IoT, in particolare, possono essere testati e convalidati su una macchina virtuale nelle prime fasi di ideazione e sviluppo.



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